برق, برق و الکتریسته

سنسورهای تشخیص دما ترموكوپلها , نوار بي متال و کارکرد ترانسدیو سرهای حرارتی

سنسورهای تشخیص دما و توضیح و کارکرد ترانسدیو سرهای حرارتی

گرما و دما

كميت فيزيكي كه ما آن را گرما مي ناميم يكي از اشكال مختلف انرژي است و مقدار گرما معمولا برحسب واحد ژول سنجيده ميشود.مقدار گرمايي كه در يك شي موجوداست قابل اندازه گيري نمي باشد اما مي توان تغييرات گرماي موجود در يك شي كه بر اثر تغيير دما و يا تغيير در حالت فيزيكي (جامد به مايع، مايع به گازف يك شكل كريستالي به شكل كريستالي ديگر) ايجاد ميشود اندازه گيري كرد.

بنابراين از اين جنبه دما ميزان گرما براي ماده است تاوقتي كه حالت فيزيكي آن بدون تغيير باقي بماند.

ارتباط بين دما و انرژي گرمايي بسيار شبيه به ارتباط بين سطح ولتاژ وانرژي الكتريكي است.

سنسورهاي دماي رايج تماما وابسته به تغييراتي هستند كه همراه با تغييرات دماي ماده به وجود مي آيد. ترانسيديوسرهاي انرژي الكتريكي به انرژي گرماي جريان عبوري از يك هادي استفاده مي كنند اما ترانسديوسرهاي گرمايي به انرژي الكتريكي به طور مستقيم اين تبديل را انجام نمي دهند ومطابق با قوانين ترموديناميك نيازمند تغييرات دمايي براي عمل كردن هستند بدين گونه كه در دماي بالاتر گرما مي گيرد و در دماي پايين تر اين مقدار گرما را تخليه مي كند.

نوار بي متال

( سنسورهای تشخیص دما و توضیح و کارکرد ترانسدیو سرهای حرارتی )
آشكارسازي حرارتي در موارد متنوعي مانند آشكار كردن آتش سوزي، گرمايش تا يك حد معين ويا تشخيص عيب در يك سردكننده مورد استفاده قرار مي گيرد .ساده ترين نوع سنسور حرارتي از نوع بي متال استكه اصول كار آن در شكل به تصوير كشيده شده است. تركيب فوق شامل دو نوار فلزي از دو جنس مختلف است كه با نقطه جوش و يا پرچ كردن در دو نقطه به يكديگر متصل شده اند. جنس فلز دو نوار به گونه اي انتخاب مي شود كه ضرايب انبساطي خطي آنها با يكديگر تفاوت زيادي داشته باشند. مقدار انبساط يا ضريب انبساط خطي عبارت است از خارج قسمت تغيير مقدار طول به تغيير دما و اين مقدار براي همه فلزات مقداري است مثبت بدين معني كه با افزايش دما طول نوار افزايش مي يابد. مقادير ضريب انبساط را براي چند نوع فلز بر حسب واحد 10*k بيان كرده است.

خميدگي پديده آمده در نوار بي متال را مي توان وسط هر يك از انواع ترانسديوسرهاي جابه جايي كه در فصل مورد بررسي قرار گرفت تشخيص داد اما اغلب اوقات از خود نوار بي متال براي راه اندازي كنتاكتهاي يك كليد استفاده مي شود ومعمولا خود بي متال يك از كنتاكتهاي كليد است. نوع رايج نوار بي متال هنوز هم در انواعي از تموستاتها مورد استفاده قرار مي گيرد اگر چه بي متال در آنها به صورت حلزوني پيچيده شده است.اين شكل بي متال باعث افزايش حساسيت بي متال مي شود چون حساسيت بي متال با طور نوار بستگي مستقيم دارد. در صورتي كه محدوده دما وتغييرات آن كم مي باشد مقدار انحراف دقيقتا متناسب با تغيير دما خواهد بود.

فریلنس پروژه بهترین سایت دورکاری کار آنلاین و فریلنسری

اين نوع ترموستاتها داراي مشخصه نامطلوب هيسترزيس هستند به طوري كه به عنوان مثال ترموستاتي كه براي مقدار دماي 20c  ساخته شده ممكن است در 22c باز شود.

شكل  نوار بي متال كه تشكيل شده از دو نوار فلزي  كه با نقطه جوش و يا ميخ پرچ به يكديگر متصل شده اند. معمولا براي اينكه حساسيت نوار بي متال نسبت به تغييرات دما بيشتر شود آن را با طول بيشتر ساخته وسپس به صورت حلقه اي فنري در مي آورند و يا آن را به صورت قرصهاي فلزي روي يكديگر جوش مي دهند.

مقادير انبساط خطي براي چند نوع فلز-مقدار انبساط بايستي در عدد10 ضرب شوند. به دليل اينكه دو فلز تشكيل دهنده بي متال داراي مقادير انبساط مساوي نيستند با تغييردما همانگونه كه در شكل مشخص شده است. نوار بي متال دچارخميدگي مي شود.

فلز/آليا‍ژ	ضريب انبساط	فلز/آلياژ	ضريب انبساط
آلومينيم برنز كنستانتين Invar منيزيم نيكل نقره تانتاليم تنگستن	‌ ‌‌2.4 1.9 1.50.2 2.6 1.3 1.4 0.65 0.43	برنج كرم مس آهن منگنز پلاتين فولاد زنگ نزن قلع روي	2.7 0.85 1.6 102 1.6 0.90 1.0 2.7 2.6

ومجددا در 18c بسته شود اين خاصيت ممكن است باعث نوسان مشخصات قطع ووصل ترموستات وكاهش كارآيي توموستات شود. به عنوان مثال اگر براي كنترل دماي اتاقي از چنين ترموستاتي استفاده شود دما در حد مطلوب كنترل نخواهد شد و ترموستات فقط در حد كليد قطع ووصل عمل خواهد كرد. با استفاده از يك المنت تسريع كننده مي توان تاحدودي اثر هيسترزيس را كاهش داد. تسريع كننده در واقع شامل يك مقاومت با مقدار زياد است كه نزديك بي متال نصب مي شود.اصول كار به اين ترتيب است كه وقتي كنتاكتهاي ترموستات گرم كننده اتاق وصل مي شوند جرياني از مقاومت تسريع كننده عبور مي كنند به طوري كه سرعت گرم شدن ترموستات ترموستات بيشتر از سرعت گرم شدن محيط خواهد بود.براي اطلا بيشتر از مشخصات كنتاكتهاي سويچ مطالعه نماييد.

ساختار فوق باعث ميشود قبل از آنكه اتاق به دماي مورد نظر برسد ترموستات قطع كند. سپس جريان در مقاومت تسريع كننده قطع مي شود وبعد از آن ترموستات سريعتر از اتاق خنك مي شود بگونه اي كه عمل وصل شدن ترموستات سريعتر از آنچه بايد اتفاق مي افتد به هر جهت استفاده از تسريع كننده مي تواند منجر به رسيدن به درجه حرارت مورد نظر به گونه اي يكنواخت شود. هم اكنون ترموستاتهاي حساس تري ساخته شده كه به وسيله ترميستور عمل مي كند.

نوارهاي بي متال در اشكال فيزيكي متنوعي ساخته مي شوند و بخصوص نوع ديسكي آن كاربرد زياد دارد زماني كه تغيير دمايي رخ مي دهد يك ديسك ا زنوع بي متال به طور ناگهاني قوس دار مي شود كه باعث مي شود بدون هيچ واسطه اي يك تغيير شكل فنري براي صفحه اتفاق بيفتد. اين اساس كار سويچهاي حرارتي است كه براي جلوگيري از افزايش گرماي تجهيزات الكترونيكي مورد استفاده قرار ميگيرد.اين سويچهاي حرارتي را ميتوان به خنك كننده هاي آلومينيمي (هيت سينك) موتورهاي كوچك،ترانسفورمرها، كتري وبرقي و ساير وسايلي كه به نوعي در آنها احتمال گرم شدن بيش ازحد وجود دارد و داراي سطحي فلزي هستند چسبانيد.

انجام پروژه های مهندسی برق در فریلنس پروژه

سويچهاي حرارتي به دو شكل در حالت عادي از (N.O Normally Open) و در حالت عادي بسته (N.C  Normally closed) قابل تهيه مي ب اشند وانتخاب يكي از اين دو نوع بستگي به اين دارد كه آيا سويچ حرارتي بايستي بالا رفتن دما و يا پايين آمدن دما را آشكار كند.سويچهاي حرارتي از پيش تنظيم شده داراي نوسان  هيسترزيسي در حدود 3-5c از دو طرف نقطه دماي مورد نظر هستند چون در آنها از

تسريع كننده استفاده نشده است. براي كنترل دقيق بيشتر مي توان از ترموستاتهايي استفاده كرد كه داراي طول بي متال بيشتري هستند وطبعا هيسترزيس ونوسان از تنظيم در آنها كمتر است.

همه انواع نوارهاي بي مت ال با عنصر حساس طويل كه در ترموستاتها مورد استفاده قرار مي گيرد بايستي در فواصل زماني معيني تنظيم مجدد شوند زيرا نوار بي متال همواره د رمعرض تغييرات تدريجي خزش قرار ميگيرد و اين تغييرات روي تنظيم ترموستات تاثير مي گذارند.

انبساط مايع وگاز

( سنسورهای تشخیص دما و توضیح و کارکرد ترانسدیو سرهای حرارتی )
اصول قديمي تر سنجش بر اساس دما انبساط مايعات استوار است ودر كليدهاي فشار از اصول كاري دما سنج جيوه اي معمولي استفاده شده است. ساده ترين سنسور از اين نوع برگرفته از دماسنج جيوه اي است كه در ون لوله موبين آن دو الكترود سيمي جاسازي شده است به دليل اينكه جيوه فلزي هادي و در دماي معمولي مايع است. زماني كه سطح جيوه به الكترودهايي كه مكان آنها بستگي به دماي بالاتر دارد مي رسد از طريق الكترودها مداري الكتريكي ايجاد مي شود.

بدين وسيله ميتوان رسيدن به دماي از پيش تعيين شده اي را تشخيص داد اما تنها براي يك عمل سويچ از آن استفاده مي شود و راهي براي تغيير دماي سويچ در آنها وجود ندارد. اگر چه ميتوان از سطح جيوه براي تغيير فركانس يك مدار نوساني استفاده كرد و بر پايه آن يك سيستم تشخيص دماي تناسبي ايجاد كرد ولي اين روش بندرت مورد استفاده قرارمي گيرد. سنسورهايي كه براي اندازه گيري دما وبراي غير از عمل سويچ مورد استفاده قرار مي گيرد عمدتا از نوع الكترونيكي هستند واز قطعاتي مانند ترموكوپل وترميستور در آنها استفاده مي شود واز قطعاتي كه براساس انبساط مكانيكي كار مي كنند و تنها در كارهاي قطع ووصل استفاده ميشود.

معمولي ترين آنها نوع پيشرفتهاي از دماسنج مخزني است كه بسيار هم رايج است و داراي قسمت حساسي است كه شامل مخزني پر از مايع است وتوسط يك لوله مويين به كليد فشاري وصل است.لازم نيست مايع درون مخزن حتما جيوه باشد وامروزه در مواردي ا زنوعي تركيبي به عنوان مايع منبسط شونده استفاده مي شود.

به دليل اينكه در مواردي بايستي مخزن مايع در فاصله دورتري قرار گيرد واتصال الكتريكي هم لازم ندارد مي توان از اين وسيله براي كاربرد در محيطهاي خطرناك استفاده كرد ومتناسب با آن نوع مايع را هم انتخاب كرد.طول لوله متصل كننده مخزن به سوئيچ فشاري بايستي تاحدي باشد كه حجم مايع اشغال كننده آن تنها بخش كوچكي از حجم كلي مايع باشد. زيرا دماي مايع داخل لوله مويين هم روي فشار تاثير خواهد داشت.

استفاده از هوا و يا هر گاز بي اثر بي جاي مايع باعث افزايش حساسيت و دقت دماسنج مي شود ولي سويچ فشاري بايستي بتواند به فشارهاي خيلي كمتر از آنچه توسط مايع منبسط شده اعمال مي شود پاسخ دهد.

يكي از ضعفهاي سيستم فوق به طور كلي بر اين است كه مخزن حساس بايستي داراي حجم مناسبي از مايع باشد و بنابراين نمي بايستي كوچك باشد.علاوه برآن به دليل اينكه اين حجم ماده منبسط شونده بايستي همراه با نوسانات دماي محيط گرم وسرد شود براي عمل شدن اين تغييرات زماني مناسبي لازم است ومخازن دماسنجها نمي  توانند سريعا از تغييرات دما پيروي كند.ضروري نيست سنسور فشار يك قطعه قطع و وصل كننده باشد وبا استفاده از يك ديافراگم كه به يك پتانسيومتر متصل است و يا ترانسديوسر پيزوالكتريك و يا LVDT مي توان سنسور دماي مايع مخزني را به يك ابزار دقيق اندازه گيري دما تبديل كرد ولي در هر صورت اين چنين ابزاري كاربردهاي زيادي ندارد.

ترموكوپلها

تئوري

( سنسورهای تشخیص دما و توضیح و کارکرد ترانسدیو سرهای حرارتی )
از ترموكوپل همواره به عنوان عنصر حس كننده در سنسور حرارتي ويا سويئچ حرارتي استفاده مي شود. اصول كاري ترموكوپلذ براساس دو فلز غيرمشابه است كه بين آنها نقطه اتصال كوچكي ايجاد شده وبا تغيير دماي محيط پتانسيل نقطه اتصال تغيير مي كند. پتانسيل نقطه اتصال براي يك نقطه اتصال قابل اندازه گيري نيست اما زماني كه دو نقطه اتصال در يك مدار قرار گيرند به طوري كه هر يك از دو نقطه اتصال در دماي متفاوت با ديگري قرار داشته باشد آنگاه ولتاژي در حد چند ميلي ولت بين آن دو نقطه ايجاد مي شود.

در صورتي كه دو نقطه اتصال در محيطي با دماي يكسان قرار داشته باشد ولتاژ مزبور افزايش خواهد يافت تا اينكه به مقدار نهايي ولتاژ برسد.منحني مشخصه نمونه نشاندهنده اين است كه ترموكوپل به دليل رفتار غيرخطي مشخصه وحالت معكوسي كه در دماهاي بالاتر از دماي نقطه بازگشت براي مشخصه پيش مي آيد تنها در فاصله دمايي محدودي داراي كاربرد مفيد است.

ترموكوپل از اثر سي يك استفاده مي كنند كه از نظر تئوري بيانگر معادله EMF زير است:

فلز/آليا‍ژ	ضريب انبساط	فلز/آلياژ	ضريب انبساط
آلومينيم مس منگنز نيكل نقره	‌0.4 0.75 0.65 1.5 0.7	كنستانتين آهن موليبدن سيليكن تنگستن	-3.3 1.88 1.2 45.0 0.8

 در اين معادله c,b,a ثابتهايي هستند كه به نوع فلزات به كار رفته در ترموكوپل بستگي دارند و اختلاف دماي بين آنهاست. اگر اتصال نقطه سرد

در 0C نگهداشته شود آنگاه معادله EMFخواهد شد.

كه در آ»ن ثابتهاي اندازه گيري شده براي زوج فلزها هستند و T اختلاف دما مي باشد. در دماي پايين تر ازدماي نقطه انتقالي مقدار a معمولا كوچك است به طوري كه EME تقريبا به طور مستقيم متناسب با اختلاف دماست.

• اثر پلي تي ير كه بعدا تعريف خواهد شد بر عكس اثر سي بك است و
• اثر كلوين خيلي كمتر شناخته شده است و مربوط به EMF توليد شده در يك هادي بدون نقطه اتصال دو فلزي است. در چنين هادي اختلاف دما بين دوقسمت مختلف يك هادي باعث ايجاد EMF در آن مي گردد/

وقتي جريان الكتريكي در يك هادي كه دو انتهاي آن د ردو دماي متفاوت نگهداشته مي شوند برقرار مي شود مقدار گرما از هادي متصاعد مي شود كه مقدار آن متناسب با حاصلضرب جريان و گراديان حرارتي است.

• هر مدار عملي شامل يك ترموكوپل داراي بيش از دو نقطه اتصال از فلزات متفاوت خواهد بود و مدارات بايستي بگونه اي طراحي شوند كه تنها اتصالات مورد نظر در دماهاي متفاوت قرار گيرند.

خروجي يك ترموكوپل داراي دامنه كوچكي است به طوري كه براي اختلاف دماي 10C مقدار خروجي در محدوده چند ميلي ولت مي باشد و مقادير نمونه نيروي محركه الكتروموتوري (EMF) براي چند نمونه فلز و آلياژ در حالتيكه فلز دوم جفت فلز ترموكوپل پلاتين باشد آورده شده است. مقادير EMF اختلاف دما براي سه نوع ماده رايج ترموكوپل فهرست شده است. از انواع ترموكوپلهاي فوق نوع مس كنستانتان عمدتا براي محدوده دماهاي پايين تر ونوع پلاتين/ راديم براي دماهاي بالاتر مورد استفاده قرارمي گيرد. به دليل اينكه ولتاژ خروجي ترموكوپل پايين است بايستي سيگنال خروجي ترموكوپل تقويت دامنه  شود

 مگر در مواردي كه از ترموكوپل به همراه يك ميلي ولت متر حساس براي اندازه گيري  دما استفاده مي شود.اگر نياز به اين باشد كه از خروجي ترموكوپل براي راه اندازي چيزي بيشتر تراز حركت عقربه استفاده شود در ان صورت لازم است با استفاده از يك تقويت كننده عملياتي ويا تقويت كننده چاپر آن را تقويت DC كنيم.نوع تقويت كننده اي كه لازم است بايستي بدقت انتخاب شود زيرا بايستي داراي پايداري جريان شتتي مطلوبي باشد مگر اينكه امكان تنظيم مجدد تقويت كننده به طور مكرر فراهم باشد. در چنين شرايطي تقويت كننده چاپر براي اغلب موارد ترجيح داده مي شود.

در صورتي كه لازم باشد يك عمل كليدي روشن/خاموش انجام شود ترموكوپل بايستي به همراه يك كنترل كننده كه از مدار اشميت تريگر استفاده مي كند به كار برده شود زيرا بايستي توسط اشميت تريگر باياس نقطه كار به گونه اي ميزان شود كه بتوان دماي سويچ را از پيش تنظيم كرد.

مدار معمولي داراي خاصيت تقويت كنندگي است. زيرا محدوده هيا خروجيهاي ترموكوپل قابل مقايسه با پتانسيل هاي اتصال در مدارات تقويت كننده است.سعي در استفاده ازوروديهاي خيلي كوچك براي عمل سويچ همواره به مشكلاتي در مورد هيسترزيس و حساسيت منجر مي شود.

امتياز خاص ترموكوپلها اين است كه قسمت حس كننده آن خودشان خيلي كوچك است وامكان اين هست كه ترموكوپلها در فضاهاي خيلي كوچك جاسازي شوند و بتوان پاسخ مناسبي را نسبت به تغيرات سريع دما دريافت كرد. طبيعت الكترويكي وروش كار به صورتي است كه مدارات لازم براي خواندن خروجي ترموكوپل را مي توان در فاصله دورا زخود سنسور نصب كرد. بايستي توجه داشتكه در هر جا كه يك هادي فلز با يك هادي فلزي ديگر تماس داشته باشد اثرات ترموكوپل ظاهر مي شود به گونه اي كه اختلاف دماهاي موجود در مدار چاپي نيز ميتوانند باعث تغيير در مقدار ولتاژ خروجي ترموكوپل هايي بشوند كه ولتاژشان با آنها قابل مقايسه است. بنابراين شلك ساختمان تقويت كننده هايي كه براي ترموكوپلها استفاده مي شوند بسيار مهم است وبه نوعي تنظيم صفر نياز دارند.

كاربرد عملي

ترموكوپلها در صنعت موارد استفاده زيادي دارند به طوري كه به عنوان يكي از مهمترين قسمتهاي سنسور هاي دما به كار مي روند. از ميان بسياري از تركيبات ممكن فلزات براي تشكيل ترموكوپل تنها تعداد كمي از آنها داراي رفتار خطي مناسب ومقاومت قابل توجه در مقابل دماي زياد هستند.

يادداشتها

( سنسورهای تشخیص دما و توضیح و کارکرد ترانسدیو سرهای حرارتی )
نوع S با استفاده از %90 پلاتين %10 آلياژ راديم و پلاتين خالص به عنوان فلز دوم ساخته ميشود. نوع R با استفاده زا %87 پلاتين،%13 آلياژ راديم و پلاتين خالص به عنوان فلز دوم ساخته ميشود. نوع j يا كوپل –كرمل-آلومل) با استفاده از آلياژهاي نيكل-كرم ونيكل- الومينيوم ساخته ميشود. نوع T يا كوپل مس كنستانتان با استفاده از آلياژهاي مس ومس- نيكل ساخته مي شود.نوع E و يا كوپل كرم-كنستانتان با استفاده از آلياژهاي نيكل-كرم ومس-نيكل ساخته مي شود.

راجترين انواع ترموكوپلها به همراه حروف كد مربوط به آنها

كد	فلزات به كار رفته	محدوده دما	Mv بازاي هر 100c	توضيحات
s	ptRh/pt PtRh/Pt Fe/CuNi NiCr/NiAl Cu/CuNi NiCr/CuNi	0-1400c 0-1400c 0-800c 0-1100c +400c تا -200	0.645 0.647 5.268 4.095 4.277 6.137	احتياج به پوشش سراميكي دارد احتياج به پوشش سراميكي دارد به وسيله اكسيژن واسيدها آسيب مي بيند با عوامل تجزيه كننده وخورنده تماس نداشته باشد مورد استفاده در محدوده دماي كم داراي ولتاژ خروجي بيشتر

اين موارد شامل دو گروه هستند انواع فلز پايه مانند آهن-كنستانتان وانواع فلزات مرغوب مانند پلاتين راديم-پلاتين. ترموكوپلهاي ازجنس فلز مرغوب اين نامگذاري به دليل مقاومت آنها در مقابل همه اسيدها شناخته شده است در دماهاي بالتر كاربرد دارند اما ولتاژ خروجي آنها كم است وبه منظور جلوگيري از خرابيناشي از اكسيدشدني بايستي آنها را روكش كرد. ترموكوپلهايي كه از فلز آهن به عنوان يكي از دو جنس سيم استفاده مي كنند بايستي در مقابل زنگ زدن وبه طور كلي هر نوع اكسيداسيون محافظت شوند. تفاوتهاي بين اندازه گيري دما با ترموكوپل و ديگر وسايل اندازه گيري دما همواره مورد تاييد قرار نمي گيرد. اندازه گيري توسط ترموكوپل همواره به صورت يك اندازه گيري تفاضلي است بدين صورت كه اختلاف دماي بين اتصال سرد با همان اتصال مرجع يادماي اتصال گرم و يا اتصال اندازه گيري را محاسبه مي كند. اگر هيچ كدام از فلزات مورد استفاده در ترموكوپل از همان جنس فلز كابلهاي  رابط نباشند دومجموعه اتصال جديد به وجود خواهد آمد.

جداول مورد استفاده براي ترموكوپل از همان جنس فلز كابلهاي رابط نباشند دو مجموعه اتصال جديد به وجود خواهد آمد.

جداول مورد استفاده براي ترموكوپل با اين فرض تهيه شده اند كه اتصال مرجع همواره د ردماي 0C قرار دارد.

در عرصه صنعت اين فرض بندرت واقعيت پيدا مي كند و بنابراين براي اينكه داده هاي فوق كارايي داشته ب اشد بايستي جبران سازيهايي انجام شود به طوري كه قرائت خروجي ترموكوپل براساس دماي حقيقي نقطه مرجع اتصال ترموكوپل صورت بگيرد.

روش معمول جبران سازي اتصال سرد را ميتوان در قسمت تقويت كننده/ خروجي ابزار به كاربرد براي تشخيص دما در اتصال ويا اتصالات مرجع از يك سيم پيچ فلزي و يا يك ترميستور استفاده مي شود وخروجي حاصل از اين سنسور به منظور تصحيح اثر به يك طبقه جمع كننده داخل ابزار اعمال ميشود. اين روش براحتي در تجهيزات مجهز به ميكروكنترلر توسط يك جدول تصحيح مقادير كه در يك حافظه ROM نگهداري مي شود قابل انجام سات اما در روشهاي قديمي آنالوگ عمل فوق با استفاده از يك طبقه جمع كننده انجام مي شد.

بايستي توجه دشت كه تصحيح فوق كه بايستي اعمال شود با توجه به مشخصات كابلي است كه جزو متعلقات ترموكوپل است. تعويض كابل فوق با كابلي از جنس ديگر به عنوان مثال اضافه كردن طول كابل ترموكوپل به وسيله يك كابل مسي باعث ميشود عوامل تصحيح در نظر گرفته شده در داخل ابزار اندازه گيري صحت واعتبار خود را از دست بدهند زيرا اكنون دو اتصال جديد به اتصالات ترموكوپلي اوليه اضافه شده اند.

اگر چه ترموكوپلها براي اندازه گيري دقيق ايده آل نيستند معمولتر اين است كه اتصال ويا اتصالات مرجع در دماي واحدهاي مرجع قرار داده شوند. حالت نقطه ذوب يخ واحد مرجع با استفاده از اتصالات سرد پله تي تر در 0C نگهداشته مي شود برعكس اثر ترموكپل وسنسورهاي دقيق براي دماي مرجع مانند نوعي فانوسي با استفاده از انبساط حاصل از تغييرات حالت آب به يخ كار مي كنند.

روش تجاري تثبيت نقطه مرجع صفر بدين صورت بود كه از يك فلاسك خلا كه از مخلوط آب ويخ پر شده بود استفاده مي شد متنها در اندازه گيري با اين روش اختلافهاي زيادي پيش مي آمد و احتياج به دقت اندازه گيري زيادي داشت.

ايراد عمده اي كه اين روش در بر دارد اين است كه از درون يخچال خارج مي شود غالبا در دماي 15 C و يا كمتر است وآب اطراف آن د رحدود دماي 5C است بنابراين نقطه اتصال مرجع مطمئنا در دماي اشتباه قرار دارد و ضمنا همين دما هم به مقدار قابل توجهي تغيير خواهد كرد.

مخلوط آب و يخ در صورتي مناسب است كه آب عاري از مواد معدني ناخالصي باشد ويخ از آب يكنواختي تشكيل شده باشد يخ به صورت پودر باشد  وحالت تكه تكه نداشته باشد يخ به مدت زمان قابل توجهي در تماس با آب بوده و به شكل يكنواختي بهم زده شود ونقطه اتصال مرجع يا يخ تماس نداشته باشد.

سيستم مرجع جعبه داغ از يك بلوك آلومينيومي محكم تشكيل شده كه حفره اي در آن دريل كاري شده و اتصال مرجع در ان حفره قرار داده مي شود.دماي بلوك ثابت باقي مي ماند ومعمولا در دمايي است كه به مقدار كافي از دماي محيط بالاتر و در ناحيه دماي 55-65 C قرار دارد. توسط يك گرم كننده دماي بلوك سريعا تا سطح پايدارش بالا برد مي شود وزماني كه دما به سطح كنترل شده رسيد گرم كننده خاموش مي شود. از اين زمان به بعد دما تسوط يك ترميستور و يك عنصر گرم كننده كه در يك حلقه با يك تقويت كننده قرا ردارد كنترل ميشود. تجهيزات جنب ترموكوپل بايستي داراي مداراتي باشد كه با اضافه كردن ولتاژ كوچكي به خروجي ترموكوپل قرائت ولتاژ حاصل از افزايش دماي نقطه مرجع را تصحيح كند.

روش ديگر كه به صورت غيرفعال است. عبارت است كه از جاسازي نقطه مرجع در يك بلوك فلزي به صورتي كه بلوك فلزي كاملا عايق كاري شده باشد. در شرايط فوق تغييرات دما فقط با كندي زياد اجام مي شود.سنسور ديگر داخل بلوك به تجهيزات وصل است وسيگنال تصحيح براي دماي اتصال مرجع را توليد مي كند.

اتصالات بين ترموكوپل وسيستم قرائت اندازه گيري داراي اهميت است. زماني كه فاصله بين ترموكوپل وا بزار اندازه گيري قابل توجه باشد بايستي از كابلهاي رابط يا جبران سازي براي اتصال اين دواستفاده كرد. اختلاف بين اين دو در اين است كه سيمهايي كه براي طولاني كردن استفاده مي شود از اهمان جنس ماده اي هستندك ه براي ترموكوپل استفاده شده است ومي تواند در همان دماهاي مورد استفاده قرار گيرد. كابلهاي جبران سازي از مواد ارزان قيمت استفاده مي كند و فقط تا دماي محيط 80C قابل استفاده اند. كابلهاي جبران سازي بايستي با نوع ترموكوپل مورد استفاده تطبيق شده باشد و هر دو اين كابلهاي طولاني كردن و جبران سازي بايستي تا پلاريته مناسب متصل شوند.

كابلهايي كه با استاندارد انگليسي (BS1843.1952) توليد مي شوند تمام از رمزگذاريهايي استفاده مي كنند كه در آن سيم منفي به رنگ آبي است. اما د ركابلهاي US ANSI سيم قرمز براي منفي استفاده مي كنند در استانداردهاي آلماني مشخصات DIN سيم قرمز براي قطب مثبت است. در هر حال از رنگ ديگر براي پلاريته مخالف استفاده مي شود به دليل اينكه رنگهاي سيمها به صورت بين المللي استاندارد نشده اند حتما بايستي نام كشور مبدا سازنده كابل طولاني كردن وكابل جبران سازي وسفارش دهنده كابلهاي مبدا آلمان ممكن است براي فروش در آمريكا ساخته شده باشند  وازكدهاي ANSI در آنها استفاده باشد.

هر نوع ترموكوپلي كه مورد استفاده قرار گرفته باشد بايستي براي جلوگيري از تماس مستقيم مواد ترموكوپلي با فلزات ذوب شده گازهاي داغ و يا گازها ومايعات ايجاد كننده خوردگي مطابق با كاربرد اتصال اندازه گيري به وسيله غلاف و روكش مناسب پوشيده شوند. در بعضي كاربردها بخصوص در مواردي كه لازم است پاسخ سريعي دريافت شود مثلا در مورد اندازه گيري دماي گاز ميتوان اتصال اندازه گيري را بدون روكش نصب كرد

اگر چه د رصورتی که گاز باعث ایجاد خوردگی شود نمی توان اتصال را خارج از روکش نصب کرد و به جای روش فوق بایستی از نوع روکش عایق استفاده کرد. به طوری که یا کاملا ا زنظر الکتریکی عایق باشد و یا از نوع زمین بوده به طوری که اتصال با روکش اتصال کامل داشته باشد. نوع اخیر در مقابل مواد خورنده دارای حفاظت خوبی است و به طور قابل ملاحظه ای دارای پاسخ سریعی است.

هر دو نوع کابل کاملا روکش شده بایستی در محیطهای دارای فشار بالا مورد استفاده قرار گیرند. در جدول مواد تشکیل دهنده رایج د رساخت روکش ترموکوپل برای مصارف صنعتی لیست شده است.رایجترین نوع روکش برای اندازه گیری ترموکوپلهای مخصوص حوض فلز مذاب علی الخصوص برای آلیاژهای روی سرب از جنس آلیاژ با %27 کرم می باشند. در محیطهایی که با اکسید سولفور سروکار دارند به عنوان مثال گازهای حاصل از سوخت ذغال و یا نفت فولاد زنگ نزن بهتر از آلیاژهای نیکل جواب می دهند و برای روکش ترموکوپهای از جنس فلزات نجیب بایستی از مواد سرامیکی استفاده کرد.

کدهای رنگی مورد استفاده درکابلهای رابط طولانی کردن وکابلهای جبران سازی در انگلیس و امریکا وآلمان

کد	انگلیس	امریکا	آلمان
الف:کابلهای طولانی کردن
E      بیرونی            مثبت          منفی بیرونی	قهوه ای قهوه ای آبی سیاه	ارغوانی ارغوانی قرمز سیاه	– – – آبی
J         مثبت            منفی            بیرونی	زرد آبی قرمز	سفید قرمز زرد	سبز قرمز سبز
K      مثبت           منفی           بیرونی	قهوه ای آبی آبی	زرد قرمز آبی	قرمز سبز قهوه ای
T        مثبت            منفی	سفید آبی	آبی قرمز	قرمز قهوه ای
ب:کابلهای جبران سازی-نوع U برای فلزات نجیب،نوع vx جهت فلزات پایه
U     بیرونی            مثبت           منفی	سبز سفید آبی	سبز سیاه قرمز	سفید قرمز سفید
VX     مثبت            منفی	سفید آبی	قهوه ای قرمز	قرمز سبز

سنسورهای مقاومت فلزی (metal-resistance sensors)

تمام هادیهای فلزی دارای این خاصیت هستند که همگام با تغییر دما مقاومت ویژه آنها نیز تغییر می کند.

مواد	ماکزیمم c	توضیحات
فولاد نرم کرم آهن %27 فولاد زنگ نزن استیل8/18 اینکوئل (آلیاژ نیکل) سیلیکون کاباید سرامیک آلومینا	500-800 1000   800 1100   1500 1600-1900	بستگی به این دارد که ایا تحت نورد سرود یا نورد گرم قرار گیرد.قابلیت اکسیدشدن دارد. مورد استفاده در قلع ویا سرب مذاب قابلیت اکسیدشدن دارد. مقاومت زیاد درمقابل اکسیداسیون وخوردگی از این ماده نبایستی در محیط حاویاکسیدسولفور استفاده کرد. مورد استفاده در روکش بیرونی، مقاوم در مقابل شوک حرارتی. می تواند اکسیده شود. مورد استفاده درفلزات نجیب،دارای مقاومت زیاد در مقابل مواد شیمیایی است

واین تغییر در مقاومت ویژه به نوبه خود باعث تغییر در مقاومت هادی میشود.جدول این مطلب را توضیح داده است.تغییر مقاومت هادی در یک محدوده وسیع دمایی نسبت به خروجی ترموکوپل خطی تر است.

اگر چه در دماهای بالاتر مشخصه نسبت به خط مستقیم دارای انحراف است.

جدول مقاومت ویژه وتغییر مقاومت با دما

یک سیم با سطح مقطع یکنواخت به مساحت A،طول s و مقاومت ویژه p دارای مقاومت R است که با رابط زیر بیان می شود:

R=pS/A

با افزایش دما به مقدار  تغییر ذیل روی میدهد:

طول سیم به مقدار  افزایش می یابد که در ان مقدار انبساط طولی سیم است. سطح مقطع سیم به مقدار 24 افزایش می یابد که در آن A سطح مقطع سیم در 0C است مقاومت ویژه به مقدار p افزایش می یابد که در آن p مقاوت ویژه و a ضریب دمای مقاومت ویژه می باشد.

در مورد اغلب فلزات مقدار انبساط از مرتبه  وضریب دمای مقاومت ویژه از مرتبه  می باشد که در حدود 200 بار بزرگتر است. به طوری که تغییرات در ابعاد به مقدار خیلی کمی روی مقاومت تاثیر می گذارد. لذا می توان از ضریب دمای مقاومت ویژه همانند ضریب دمای مقاومت استفاده کرد. بنابراین رابطه تغییر مقاومت به صورت زیر خواهد بود:

که در رابطه فوق  نشانگر مقاومت در دمای  نشانگر مقاومت در  ضریب دمای مقاومت ویژه اختلاف دما می باشد.

جدول ضرایب دمایی مقاومتی برای چند نوع فلز

فلز	ضریب	فلز	ضریب
آلومینیم	4.2	مس	4.3
آهن	6.5	نیکل	6.5
پلاتین	3.4	نقره	3.9

ولی دست کم اینکه مانندمشخصه ترموکپل دارای خاصیت برگشت پذیری نیست. مقدار انحراف به وسیله اثر مربع و مولفه های قانون مکعب معادله حادث شده است و این اثرات تنها در دماهای بالا مهم هستند د رمورد اغلب فلزات اولین ضریب تغییر مقاومت (آلفا) از نظر مقدار به عدد(0.00366)1/273 عدد انبساط ویژه طور عمده کنسانتان دارای مقداری در حدود %10 مقدار توسط برای فلزات خالص بوده ومقدار فوق برای مانگانین حتی از این هم پایین تر است.هر دو ماده فوق از آلیاژهای مس نیکل ومنگنز هستند.

مانگانین حتی از این هم پایین تر است. هر دو ماده فوق آلیاژهای مس ،نیکل ومنگنز هستند.

برای محدوده های دمای نسبتا کوچک و تا 400c تغییرات مقاومت نیکل و آلیاژهای نیکل مورد استفاده قرار می گیرد.برای محدوده های دمای بالاتر به دلیل مقاومت بسیار بالاتر آنها در مقابل اکسیداسیون پلاتین وآلیاژهای آن مناسب تر هستند.برای اهداف اندازه گیری سنسور مقاومت را میتوان به همراه یک مجموعه سیمها که دمای آن هم تغییر می کند به یک پل اندازه گیری وصل کرد.

یک مقاومت پلاتین به این شکل را میتوان به عنوان یک اندازه گیر دما به کاربرد. دماسنج استاندارد آزمایشگاه فیزیک ملی از نوع انبساط گازی است اما این وسیله دماسنجی احتیاج به تنظیم ماهرانه وزمان بردارد. به طوری که ترموموترهای مقاومت پلاتینی که با استاندارد ترمومترگازی کالیبره شده اند به عنوان استاندارد ثانویه در سطح وسیعی استفاده می شود که اغلب به اشتباه نیمه استاندارد خوانده می شود اندازه عنصر حسگر و ظرفیت

گرمایی آن باعث می شود پاسخ ترمومتر در مقایسه با دستگاه های از نوع کاملا الکترونیک مانند ترموکوپلها کندتر باشد.

اگرنیاز به عمل سویچ کردن باشد میتوان از یک مدار پل که به یک ترمومتر مقاومت پلاتین وصل شده استفاه کرد و خروجی این مقدار را به یک مدار از نوع تحریک متصل کرد. از این روش بندرت استفاده می شود زیرا ترمومتر از نوع مقاومتی دارای این مزیت است که پاسخ آن نسبت به انواع دیگر ترمومتر ها خطی تر است و ضمنا عمل سویچ را میتوان با تجهیزات ارزانتری انجام داد.

دماسنج مقاومتی (Resistance thermometer)

( سنسورهای دما و ترانسدیو سر های حرارتی )
دماسنج مقاومت پلاتین در گذشته تنها به عنوان یک استاندارد آزمایشگاهی استفاده می شد ولی پیشرفتهایی که درساختمان این نوع دماسنجها وبه طور کلی دماسنج های مقاومتی حاصل شده است منجر به استفاده از این نوع دماسنجها در زمینه هایی شده است که قبلا تنها ترموکوپلها در آن زمینه کاربرد داشتند بخصوص بسیاری از فرایندهای صنعتی که زمانی لازم بود کاملا کنترل شوند تا تغییرات دما در حدود 10c باشد اکنون بایستی در محدوده تغییرات بسیار کمتری کار کند.

امروزه تاکید بر کنترل کیفیت ویکنواخت بودن محصول نیازمند این است کنترل دما در فرآیند تولید خیلی بیشتر از گذشته مورد توجه قرار گیرد.

اگر چه تعدادی از مواد صنعتی موجودند که د ردماسنجهای مقاومتی موردا ستفاده قرار می گیرند ولی فلز پلاتین دارای این امتیاز قابل توجه است که می توان از آن به عنوان ماده ای برای استاندارد بین المللی دما در محدوده 270c تا 660 استفاده کرد. از نوع ازمایشگاهی دماسنج مقاومت پلاتینی برای کالیبره کردن دماسنجهای دیگر استفاده می شود اما حجم زیادی از دستگاه اندازه گیری را به خود اختصاص می دهد. نوع مینیاتوری این دماسنجها نیز قابل تهیه است که در آنها دقت مقاومت پلاتین مورد توجه قرار گرفته و در ضمن جنس پلاتین در مقابل خوردگی محیط کار مقاوم است. اگر چه نیکل ومس هم برای موارد خاصی در محدوده های دمای پایین تر ورد استفاده قرار می گیرد ولی پلاتین دارای این امتیاز است که به صورت کاملا خالص قابل تهیه است و در مقابل خوردگی نیز مقاومت زیاد دارد مانند فلزات نجیب و نسبت دما/ مقاومت د رمورد این فلز در محدوده وسیعی از دماها کاملا خطی است.در ضمن این فلز از نظر الکتریکی و مکانیکی بسیار پایدار است به طوری که انحراف مقدار مقاومت فلز با گذشت زمان دارای مقدار بسیار جزئی است.

عوامل دیگری که باعث شده اند استفاده از دماسنجهای مقاومت پلاتین روز افزون شود پیشرفتهای سیستمهای اندازه گیری است که در آنها استانداردهای بالای مبتنی بر سیستم مقاومت پلاتین وکاربری آسانتر مراعات شده است.کابلهای رابط دماسنج مقاومت پلاتین را میتوان از جنس کابل مسی معمولی در نظر گرفت واحتیاجی به کابلهایی رابط جبران سازی نمی باشد.

کالیبراسیون دماسنج مقاومت پلاتین تنها یک مرتبه انجام می شود واحتیاجی به جبران سازی اتصال سرد ویا استفاده از روکشهای ترموستاتی برای ایجاد یک اتصال مرجع نمی باشد. قسمت اندازه گیری دماسنج را میتوان ساده تر ساخت ودر ضمن ایجاد طبقاتی اضافی به منظور جبران سازی ضرورتی ندارد.

مدار ساده پل وستون كه د ردماسنج مقاومتي مورد استفاده قرار مي گيرد. مقادير مقاومت كابلهاي Rb,Ra نيز علاوه بر مقاومت سنسور بايستي در اندازه گيري منظور شود.

ساختمان یک دماسنج صنعتی از نوع مقاومت پلاتین به طور کلی مقاومتر و خشن تر از نوع دماسنج سیم پیچ باز است که در یک آزمایشگاه استاندارد مورد استفاده قرار می گیرد. سیم پیچ داخل یک حلزونی ویا تحت شعاع کوچکی پیچیده شده است و در نهایت همه حلزونی داخل یک میله توخالی از جنس آلومینا آب بندی شده است.

اندازه ابعاد چنین وسیله ای را میتوان تا حد قطر0.8mm وطول 5mm کوچک در نظر گرفت و با داشتن ابعاد فوق و مشاهده دقیق مقاومت سیم پیچ می توان دقتی تا حدود0.01% را به دست آورد. نوع دیگری از دماسنج صنعتی وجود دارد که در ساختمان آن از فیلمهای لایه نازک پلاتین روی مواد سرامیکی استفاده شده است که بر خلاف نوع سیم پیچی شده به صورت تولید انبوه قابل تولید بوده وقیمت آن هم خیلی کمتر تمام میشود.

این نوع دماسنجها برای بسیاری از مصارف صنعتی مناسب ترند اگر چه بایستی در استفاده از انها دقت کافی مبذول داشت تا لایه نازک پلاتین در مقابل گازها و مایعای که در مجاورت انها قرار گیرد به صورت کاتالیستهای شیمیایی عمل نکند.

مدار الکتریکی مورد استفاده برای دماسنج مقاومت پلاتین به صورت یک مدار پل است و در بسیاری از موارد کاربرد یک مداپل وستون کافی است. در این نوع مدار مقاومت  مربوط به دو سیم اتصال دهنده نیز اندازه گیری می وشد اما اگر این مقاومت در مقایسه با سیم پیچ پلاتین قابل چشم پوشی باشد %1 و یا کمتر آنگاه مقدارخطا نیز قابل اغماض خواهد بود در بعضی موارد به هر صورت سیمها دارای طول ذاتی قابل توجهی هستند ونمی توان از مقاومت آنها صرفنظر کرد و بنابراین باستی ا زمدارات دیگری استفاده کرد.اگر چه روش جبران سازی کامل که در شکل تصویر شده است که در آن سیم مورد استفاده قرار می گیرد به این صورت که دو سیم برای انتقال جریان مورد استفاده قرار گرفته و یک سیم تنها به عنوان سنسور ولتاژ عمل می کند. در این مدار مقاومت اضافه شده معادل با تفاضل بین کابلهای اصلی رابط است و این مقدار مقاومت برای همه سیستمهای اندازه گیری صنعتی عمل قابل چشم پوشی است. اساس سیستم فوق را می توان به یک سیستم چهار سیمه نیز تعمیم داد به طوری که دو رشته کابل جریان مدار پل را تامین کنند ودورشته دیگر به عنوان اتصالات ولتاژ عمل می کند.

در تمام کاربردهای دماسنج مقاومتی مقدار جریان مورد استفاده در مدار پل بایستی آنقدر ناچیز باشد که بتوان از خودگرمایی سنسور پایین صرفنظر کرد. این امر باعث تضاد بین حساسیت ودقت می شود زیرا هر چه جریان

يك مدار جبران سازي سه سيم كه در ان مقاومت كابل تقريبا متعادل شده است:تنها اختلاف در مقاومت كابل به مقاومت سنسور افزوده شده است.

عبوری از مقاومت کم پلاتین بیشتر باشد ولتاژ اندازه گیری شده بیشتر خواهد بود و بنابراین استفاده از مدار پل آسانتر خواهد بود. با استفاده از تقویت کننده های الکترونیکی که دارای آمپدانس ورودی بسیار زیادی هستند می توان مدارات پل اندازه گیری را به گونه ای طراحی کرد که نه تنها جریان بسیار کمی لازم داشته باشد بلکه حساسیت دستگاه پل نیز در حد مطلوب ثابت باقی بماند. اما اگر بنا شد هد دماسنج مقاومت پلاتین که به پل اندازه گیری وصل شده تعویض شود بایستی نکاتی را مورد توجه قرار داد تا اطمینان حاصل شود که جریان پل به اندازه کافی پایین بوده وباعث خودگرمایی نمی شود. مقاومت سنسورهای از نوع لایه فیلم از نوع قدیمی سیمی بیشتر است ونوع لایه ای احتیاج به جریانهای کمتری دارد.

مقایسه ای بین ترموکوپل و ترموترهای مقاومتی انجام داده و با داشتن اطلاعات این جدول می توان سیستم اندازه گیری دمای مناسب را برای مصارف صنعتی انتخاب کرد.

ترمیستورها

( سنسورهای دما و ترانسدیو سر های حرارتی )
ترمیستورها نوعی از مقاومت های حساس به دما هستند که با استفاده از ترکیبات فلزات سمی ساخته می شوند. روش تولید این مقاومت ها شبیه به روشی است که د رمورد مقاومتهای ترکیبی کربنی به کار می رود.بعضی از این ترکیبها دارای ضریب حرارتی مثبت هستند اما در اغلب موارد نمی توان مقدار مثبت ویا منفی ضریب حرارتی را تعیین کرد زیرا دارای مقدار ثابتی نیست. ترمیستورهای با ضریب حرارتی مثبت بسیار غیرخطی عمل می کنند اما اغلب ترمیستورهای با ضریب حرارتی منفی از یک رفتار ناهموار لگاریتمی اما با تغییرات آرام در مقدار مقاومت پیروی می کنند.

اگر مقدار مقاومت یک ترمیستور در یک دمای  داده شده باشد. با استفاده از فرمولی که در جدول داده شده است می توان مقدار مقاومت آن را در دمای دیگر  تعیین کرد.

استفاده از بجای T می تواند یادآور این نکته باشد که در رابطه فوق بایستی واحد مقدار دما برحسب کلوین باشد با اضافه کردن عدد +273 به دمای برحسب واحد سلسیوس می توان دما را به واحد کلوین و یا دمای مطلق تبدیل کرد. اگر محاسبه دما تا دورقم اعشار مورد نظر باشد آنگاه بایستی از عدد273.16 استفاده کرد.

جدول مقایسه مزیتهای نسبی ترموکپلها و دماسنجهای مقاومت پلاتین

ترموکوپل	مقاومت پلاتین
دقت 0.5 تا 5C محدوده کار +1750 C -200 ضریب ارزش1 حساسیت در نوک پاسخ 50ms تا 5s می تواند خیلی کوچک باشد نیاز به نقطه صفر مرجع دارد می توان برای اندازه گیری دمای سطح استفاده کرد در مقابل ارتعاش مقاوم است نیاز به منبع تغذیه ندارد دارای اثر خودگرمایی نیست در دراز مدت دارای انحراف از مقدار است بسیار محکم و خشن است سیمهای مخصوص لازم دارد خروجی 10تا 40 C بایستی داخل غلاف نصب شود	دقت 0.1 تا 1C محدوده کار 200- تا +650 C ضریب ارزش 2.5 حساسیت در تمام طول ساقه پاسخ 1 تا 50j دارای اندازه بزرگ است – – تحت تاثیر ارتعاش قرار می گیرد نیاز به منبع تغذیه دارد جریان بایستی در آن محدود شود دارای پایداری عالی است می تواند شکستنی هم باشد می توان از کابل مسی در آن استفاده کرد خروجی دارای تغییرات0.4V بر C است می توان آن را بدون غلاف نصب کرد

جدول فرمول ترمیستور که مقاومت را به دما ارتباط می دهد

ضریب دمایی یک ترمیستور، مقدار ثابتی نیست اما با تغییرات دما مقدار آن تغییرمی کند. کمیت مفیدتری که تعریف شده است ثابت ترمیستور است که با B معرفی میشود ودر صورتی که دما ومقاومت مربوط به آن دما را داشته باشیم می توانیم مقدار مقاومت در هر دمای دیگری را تعیین کنیم.رابطه مورد استفاده به شکل زیر است:

مقادیر B, برحسب واحد دمایی K کلوین بیان می شوند.

به عنوان مثال اگر مقدار ثابت ترمیستورB معلوم و برابر با 3200K باشد و مقدار مقاومت در 30C برابر با  باشد آنگاه مقدار مقاومت در 45C را میتوان به صورت زیر محاسبه کرد:

دو مقدار دما عبارتند از 318K , 293K و بنابراین مقدار عبارت داخل پرانتز برابر است با 0.8586 با استفاده از تابع exp موجود در ماشین حساب خواهیم داشت

ترمیستورها دراشکال فیزیکی مختلفی مانند تکمه ای،تکمه ای ریز، صفحه ای، میله ای و همین طور محصور در محافظه فلزی ساخته می شود. ترمیستورهای با ضریب دمایی منفی (NTC) به منظور کنترل دما به عنوان مثال در کنترل کردن دمای پایین کوره در ترموستاتهای یخچال سنسور دمای اتاق وکنترل کننده های فرآیندها به کار می روند. محدوده دمایی کار آنها از 150C تا 200C  بوده و بعضی از انواع آنها تا دمای 600C را می تواند تحمل کنند. محدوده دمایی که یک ترمیستور می تواند فعال باشد بستگی به مدارات مربوطه دارد زیرا محدوده مقاومت در مقایسه با محدوده دما خیلی بزرگتر است مشخصه نمونه ترمیستور می تواند فعال باشد بستگی به مدارات مربوط دارد زیرا محدوده مقاومت در مقایسه با محدود دما خیلی بزرگتر است. مشخصه نمونه ترمیستور NTC در شکل نشانداده شده است و همگام با افزایش دما تغییر مقاومت آن دارای رشد منفی است.شکل مشخصه NTC بیشتر به یک تابع نمایی شبیه است تا یک تابع خطی ومحدوده مفید دمایی نسبتا کوچک است.

در هر یک از کاربردها ترمیستورهای NTC نسبت به ترموستاتهای بی متال قدیمی دارای امتیازاتی ویژه است که عمده ترین آن داشتن اثرات پس ماندی است (عمل وصل توسط ترمیستور در دمایی متفاوت بادمای قطع انجام می شود)

همچنین ترمیستورهای NTC را می توان د رمحفظه های خلا قرا رداده و از ان برای محدودکننده های اسیلاتورها برای تقویت کننده های کنترل شوند با ولتاژ استفاده کرد.

به طور کلی بایستی در مدارات ترمیستور برای تنظیم نقطه کار از پتانسیومتر استفاده کرد امابه کاربردن ترمیستورهایی که منحنی آنها نشاندهنده مقاومتهایی در محدوده دمای مورد نظر است می توان از هزینه مدار کاست.همه انواع ترمیستورها دارای مقادیر ثابت تلفات حرارتی وثابت زمانی مخصوص به خود هستند. ثابت تلفات مقدار توانی بر حسب میل وات است که لازم است تا دمای ترامیستور را به اندازه 1C نسبت به دمای محیط افزایش دهد.در ترمیستور از نوع محفظه خلا ثابت تلفات خیلی کوچک است و در حدود 12W/C  است به طوری که مقاومت این نوع ترمیستور اساسا تنها توسط مقادیر خیلی کوچک جریان سیگنال تغییر می یابد.به طور نمونه برای ترمیستور حساس به دما مقادیر ثابت تلفات در محدوده 70-500Mw/c است.

ثابت زمانی برای یک ترمیستور عبارت است از زمان لازم برای اینکه مقاومت ترمیستور به مقدار اولیه ومقدار نهایی ایجاد شده به وسیله تغییر دما تغییر یابد. ثابت زمانی برای شرایطی تعریف می شود که جریان قابل چشم پوشی باشد زیرا در غیر اینصورت عدد تغییر می کرد چون قسمتی از گرما منشا داخلی داشت نه خارجی.ممکن است عدد %63 عجیب به نظر بیاید ولی این عدد ناشی از همان تعریف کلی ثابت زمانی مثلا در مورد مقاومت وخازن است. با چنین تعریفی مقدار ثابت زمانی به طور ذاتی در محدوده گسترده ای از تغییرات دما ثابت خواهد بود. برای ترمیستورهای با ابعاد کوچک به طور نمونه ثابتهای زمانی بین 5تا11 ثانیه است نوع تکمه ای مینیاتوری ونوع محفظه خلا واین مقدار برای انواع دیگر خیلی بزرگتر است برای نع تکمه ای بزرگ بین 18تا 25 ثانیه ودرمورد ترمیستورهایی که داخل پراب حسگر دما نصب شده اند این مقدار بیش از 180 ثانیه است.

ترمیستورهای NTC با مواد نیمه هادی قابل ساخت هستند به طوری که مقادیر ضرایب حرارتی انها خیلی بیشتر مثبت تر از ضرایب حرارتی مقاومتها باشد.عبارت مقاومت  برای قطعاتی با مقادیر ضرایب حرارتی کوچک منفی اطلاق می شود وعبارت ترمیستور در مورد قطعاتی که دارای ضرایب حرارتی منفی بزرگ می باشند و به کار می رود. اغلب ترمیستورهایی که در مدارات حسگر دما به کار می روند از نوع NTC است.

ترمیستورهای PTC

( سنسورهای دما و ترانسدیو سر های حرارتی )
ترمیستورهای با ضریب حرارتی مثبت (PTC) قطعاتی است که همین اواخر ساخته شده اند و عمدتا در مدارات حفاظتی برای تشخیص دما ویا جریان به کار می روند. بر خلاف نوع NTC ترمیستورهای PTC دارای مشخصه جریان-ولتاژی هستند که در ان تغییر جهت وجود دارد و دو نوع اصلی از آنها استفاده می شود که هردو نوع وابسته به ترکیبات باریم، سرب و تیتانات استروسنیم هستند مواد سرامیکی. نوع حفاظت اضافه دمای قطعات PTC  در یک دمای مرجع و یا دمای نقطه لغزش T دارای یک نقطه انتقال است. در دماهای کمتر از دمای نقطه لغزش مقاومت قطعه PTC کاملا ثابت است. اما در محدوده دمای نقطه لغزش مشخصه PTC دچار تحول می شود و با افزایش دما مقاومت آنها سریعا افزایش می یابد. در شکل نمودار گرافیکی نمونه مقاومت نسبت به دما به همراه یک مدار حس کننده واژگونی نشانداده شده است. از تغییر ناگهانی در مقاومت می توان به منظور راه اندازی یک نشاندهنده ویا فعال کردن مدارات دیگری که برای اهداف دیگری مثلا حفاظت موتور الکتریکی ویا خنک کننده ترانسفورمر به کار می روند استفاده کرد.

نوع دیگری از قطعه ترمیستور PTC را می توان برای موارد حفاظت از اضافه جریان به کار برد و مشخصه گرافیکی مقاومت به دمای آن د رشکل آورده شده است. این منحنی از نظر ظاهری به شکل S بوده و دارای دو نقطه واژگونی است که یکی از آنها در نقطه مقاومت کمینه Rmin ودیگری در نقطه مقاومت بیشینه Rmax اتفاق می افتد. بین Rmin ,0 c ضریب حرارتی منفی است و در دماهای واقع در ناحیه بالاتر از Rmaxنیز ضریب حرارتی منفی است. در نقاط واقع در بین Rmax ,Rmin ضریب حرارتی دارای مقداری بزرگ و مثبت است. در این ناحیه از PTC تغییر مقاومت به ازای هر C دما ،%100 است.

اگر یکی از این قطعات در مدار الکتریکی با بار مصرفی به صورت سری قرار گیرد می تواند بار را از تحمل اضافه جریان حفاظت کند. در محدوده جریان کاری قطعه PTC در وضعیت کم قرار دارد وباعث می شود بیشتر ولتاژ اعمال شده روی دو سر بار بیفتد. هنگامی که جریان افزایش می یابد ترمیستور به طور ناگهانی به وضعیت PTC تغییر حالت می دهد واین تغییر وضعیت به دلیل افزایش افت ولتاژ در دو سر ترمیستور و در نتیجه خودگرمایی آن است واین پدیده تا زمانی که جریان عبوری از کل مدار خیلی کوچک شود ادامه می یابد. مدار را می توان به گونه ای طراحی کرد که به طور خودکار ری ست شده وپس از آنکه ترمیستور خنک شد به وضعیت نرمال برگردد ویا اینکه با قطع کردن جریان به ترمیستور فرصت خنک شدن داده شود.

تغییر مقاومت بازاء تغییر واحد دما در مورد PTC آنچنان سریع اتفاق می افتد که در اغلب موارد اضافه کردن قطعات مداری مانند مدارات پل و اشمیت تریگر ضرورتی ندارد. در موارد اندکی از کاربردها PTC به صورت مستقیم مورد استفاده قرار می گیرد ولی معمولا عبور دادن جریان کنترل شده از داخل PTC مطلوب نیست وغالبا ترمیستور دریک مدار سویچ ترانزیستوری  ویا مدار تقویت کننده عملیاتی قرار می گیرد. خروجی چنین مداری موکدا خطی نخواهد بود اما حساسیت می تواند افزایش یافته وپاسخ سریع شود.مزیت عمده چنین مداری در این است که عنصر حسگر خیلی کوچک خواهد بود.

بایستی توجه داشت که در صورتی که از تقویت کننده عملیاتی برای تقویت ولتاژ دو سرترمیستور بخواهیم استفاده کنیم هر نوع ترمیستوری را میتوانیم برای تشخیص وحس کردن اضافه دما به کار بریم.استفاده از ترمیستور PTC دارای این مزیت است که د رانواع زیادی از کاربردهای تشخیص و حسگری می توانند از مداراتی استفاده کرد که احتیاج به تقویت کننده عملیاتی ندارند.

اتصال یک ترمیستور به یک مدار سویچینگ دارای این مزیت است که همانند مقایسه ای که در قطعات نوار بی متال انجام شد می توان آنها  را با چیدمانی آرایش داد که هیسترزیس حاصل آن صفر باشد و در مواردی بایستی ضرورتا از این آرایش بدون هیسترزیس استفاده کرد. اما در اغلب مواردی که بخواهیم عمل سویچ کردن انجام دهیم برای جلوگیری از عکس العمل سریع آشکار ساز وقطع و وصل کردن غیرضروری در مواردی که جریان هوا به آشکارساز برخورد می کند به مقداری هیسترزیس احتیاج داریم. سیستمهای پیشرفته تر تشخیص و آشکارسازی دمایی که از ترمیستور استفاده می کنند دارای کنترل میکروپروسسوری هستند ونوعی از هیسترزیس زمانی در انها مورد استفاده قرار می گیرد. خروجی تشخیص مقدار دما که از ترمیستور دریافت می شود ودر فواصل زمانی کوتاه کنترل میشود و یک تغییر دما تنها در صورتی ثبت م یشود که جهت تغییر دما پیوسته باشد. این روش نسبت به روش معمولی هیسترزیس در موارد تغییرات دما دارای پاسخ سریعتری است اگر چه لازم است فواصل زمانی تشخیص متناسب با نوع کاربرد تنظیم شود.

در مواردی که ترانزیستور هم می توان به عنوان عنصر تشخیص دهنده دما استفاده کرد زیرا بسیاری از پارامترهای ترازیستور از یک تابع نمایی منفی متناسب با دما تبعیت می کنند. خاصیت تقویت کنندگی در ترازیستور استفاده از حساسیت دما در ولتاژ بیس امیتر به عنوان سیستم تشخیص دما را عملی می کند زیرا خروجی را می توان به صورت تقویت شده از کلکتور دریافت کرد. به هر صورت استفاده از ترازیستورها به عنوان سنسور دما عمدتا منحصر به مدارات جبران سازی دمای ترازیستورها و ای سیها می شود.

تشخیص انرژی گرمایی تابشی

انرژی تابشی که می تواند به شکل نور گرما امواج رادیویی و در مواردی به صورت تابیش یونیزه باشد احتیاج به آشکار سازی دارد و محدوده وسیعی از طیف الکترومغناطیسی را میتوان به وسیله اثرات دمایی آن تشخیص داد.

در فصل گذشته سنسورهای نوری به طور مفصل مورد بررسی قرار گرفتند اما وسیله ای بنام بولومتر وجود داردکه به دلیل رفتار اساسا گرمایی که دارد در این فصل مورد بررسی قرار می گیرد.

اساس کاربولومتر در شکل به تصویرآمده است. یک جسم سیاه تابش حرارتی را به طور کامل جذب می کند و بنابراین زمانی که انرژی تابشی به آن برخورد می کند دمای آن افزایش می یابد. سپس تغییر دما توسط روشهایی که قبلا گفته شد آشکارسازی میشود. انواع قدیمی بولومتر ها که در قرن نوزدهم مودر استفاده قرار می گرفتند از نوع فلزی بودند واثر افزایش دما به دلیل تابش توسط مدارات پل اندازه گیری حساس اشکار می شد.به دلیل اینکه تغییر دمای حاصل از انرژی تابش شده ناچیز بوده  و بالطبع آن تغییر مقاومت کوچکتر است. معمولا بولومترها به  مدارات پل متصل می شوند به طوری خروجی حاصل از یک بولومتر که تحت تابش قرار نگرفته با خروجی حاصل از یک بولومتر که کاملا در معرض تابش قرارگرفته مقایسه می شود.

بولومترهای جدید با استفاده از سنسورهای نیمه هادی ساخته می شود و برای اینکه بیشتری مقدار جذب انرژی تباشی را داشته باشند کاملا سیاه هستند.

بازاء هر تغییرکوچکی در دما بیشترین مقدار تغییر مقاومت در ترمیستور ایجاد می شود و این خاصیت باعث شده است که این نوع قطعات برای ساخت بولومتر ایده آل باشند وطبعا چنین بولومترهایی نسبت به انواع قدیمی تر دارای حساسیت آشکارسازی بیشتری هستند. در این نوع کاربرد طبیعت غیرخطی ترمیستور کمتر اهمیت دارد زیرا معمولا تغییرات دما جزیی است.

آشکارسازهای پایروالکتریک(Pyroelectric detectors)

( سنسورهای دما و ترانسدیو سر های حرارتی )
روکشهای  پایروالکتریک موادی هستند که وقتی تحت تابش شعاعهای فروسرخ قرار می گیرند صفحات آنها بار دار میشود. در گذشته برای این مورد از لایه های پلاستیکی استفاده می شد اما ماده ای که اکنون برای آشکارسازی فروسرخ غیرفعال PIR مدرن مناسب تشخیص داده شده تانتالات لیتیم است. ساختمان یک آشکاساز مشابه با یک خازن است که یکی از صفحات آن از جنس فلز و صفحه دیگر آن یک ماده پایرو الکتریک با صفحه هدایت کننده است. به دلیل اثر فروسرخ در جداسازی بارها روی ماده پایروالکتریک که به اشتباه اما به واقع پلاریزاسیون نیز نامیده میشود همزمان ا تغییر مقدار تابش فروسرخ ورودی مقدار بار الکتریکی وبالطبع آن ولتاژ بین دو صفحه خازن پایروالکتریک نیز تغییر می کند.

ثابت زمانی دارای مقدار بزرگی است به طوری که سرعت پاسخ به تغییرات در شعاعهای فروسرخ در محدوده 0.2 تا 1HZ است.به هر صورت به دلیل اینکه آشکارساز به شکل یک خازن است. دارای پاسخ از نوع DC نمی باشد به طوری که یک منتشر کننده فروسرخ غیرمتحرک قابل تشخیص وآشکارسازی نخواهد بود.

مضافا به اینکه خازن دارای آمپدانس خیلی بالایی است به طوری که یک آشکارساز عملی پایروالکتریک شامل یک خازن به همراه یک ترازیستور مس فت (MOSFET) درون یک محفظه واحد است واتصالات خروجی از آن به سورس و درین مس فت متصل است. موارد اصلی کاربرد آشکارسازهای پایروالکتریک در ساخت دزدگیر کلید اتوماتیک روشنایی و تجهیزات دربازکن اتوماتیک وسیستم مکان یابی است.

پارامترهای اصلی آشکارساز پایروالکتریک عبارت است از قدرت معادل نویز NEP پاسخ دهی وپاسخ فرکانسی

کمیت NEP برای یک انرژی منبع سرعت تغییرسیگنال وعرض بلند بیانگر پایین ترین حدی است که یک آشکارساز می تواند مفید باشد زیرا سیگنالهایی که پایین تر از این حد باشند زیر سطح نویز قرار می گیرند. در مورد یک اشکارساز نمونه برای یک منبع در یک دمای رنگی 500K در فرکانس 10HZ وعرض بلند 1HZ برایماده پایروالکتریک تانتالات لیتیم کمیت NEP دارای مقدار 10 W تعیین شده است.

پاسخ دهی را میتوان به صورت ولتاژ و یا جریان خروجی به عنوان ولت بر واحد انرژی تابشی و یا جریان بر واحد انرژی تابشی در یک طول موج مسلط ویا دمای رنگی منبع تعریف کرد.یک عدد نمونه برای پاسخ دهی ولتاژ مقدار 3200V/W است.پاسخ فرکانسی پاسخ دهی به معنای تغییر پاسخ دهی برای فرکانسهای مدولاسیون نه فرکانس تابش شده است واین مطلب همانگونه که در گذشته گفته شد بستگی به عمل یک فیلتر پایین گذر با یک قله کمتر از 1HZ دارد.

شکل یک نمونه واحد فروسرخ غیرفعال PIR را که با استفادهاز محفظه سی DIL در ابعاد  با 8 پین ساخته شده نشان میدهد. مدار معادل آن تشکیل شده از دو خازن پایروالکتریک و به گونه ای وصل شده اند که ولتاژهای انها به یکدیگر اضافه می شود واین ولتاژ جمع شده به گیت یک مس فت که سورس ودرین آن دو پین از محفظه ای سی را تشکیل می دهند اعمال می شود.

یک ولتاژ تغذیه بین 3تا15V برای راه اندازی مورد نیاز است و معمولا ترازیستور مس فت به شکل سورس فالوور و با یک مقاومت بین 100 تا  راه اندازی می شود.ماکزیمم جریان مصرفی  است.پاسخ

نسبی برای یک فرکانس 0.2HZ دارای مقدار بیشینه است ودر فرکانس 0.7Hz , 0.055Hzبه %50 مقدار ماکزیمم افت می کند وباعث می شود آی سی نسبت به حرکت انسانها و حیوانات دارای رفتار مناسبی باشد.

این واحد ای سی را میتوان به همراه یک عدسی تراش خودره عدسی فرزنل به کار برد زیرا لازم است تابشهای فروسرخ ارسالی از شی به سط پایروالکتریک به صورت متمرکز وبا شدت هر چه بیشتر بتابد و در ضمن باعث می شود هر نوع حرکت شی متحرک با زاویه بیشتری کنترل شده وشعاعهای فروسرخ حاصل از شی متحرک گرم از زاویه دید بزرگتری توسط واحد PIR جاروب شود.

شکل یک مدار نمونه را نشان می دهدکه با استفاده از یک مدار سورس فالوور که توسط یک بار  به مس فت داخل وصل است راه اندازی شده است. خروجی حاصل از آشکارساز در دو طبقه از یک تقویت کننده عملیاتی 4 واحدی تقویت می شود در شرایطی که بهره ولتاژ کلی در حدود 3200 است و این بهره ولتاژ توسط یک مقاومت متغیر که در مدار فیدبک IC2 قراردارد قابل کنترل است. خروجی حاصل از IC2 توسط یک مقاومت متغیر  به مدار کنترل آستانه متصل است وتوسط این مقاومت متغیرولتاژ آستانه ای که در آن ولتاژ سیگنال به ترازیستور خروجی Tr1 به منظور تقویت وشکل دهی سیگنال خروجی از آشکارساز هدایت می شود قابل تنظیم است. خروجی مورد نظر یک  را راه اندازی می کند و در ضمن یک خروجی برای راه اندازی مدار اعلام خطر فراهم می کند. در عمل مدار اعلام خطر در غیر موارد ضروری خاموش می شود اما معمولا برای اینکه صحت عمل مدار در هر لحظه معلوم باشد LED فعال باقی می ماند.

ترانسدیوسرهای حرارتی

( سنسورهای دما و ترانسدیو سر های حرارتی )
المنت حرارتی یک نمونه آشنا از ترانسدیوسر برای تبدیل انرژی الکتریکی به گرمایی است و در اغلب موارد از نوع سیمی واز جنس آلیاژ نیکل ماند نیکرم ساخته می شود. این آلیاژ نیکل ،کرم وآهن حتی در موقعی که کاملا داغ شود دارای مقاومت قابل توجهی در مقابل اکسیدشدن است و مقاومت ویژه آن زیاد است بنابراین بدون احتیاج به سیمهای طولانی نازک برای گیج می توان مقاومت زیادی به دست آورد .مقدار انرژی انتقال یافته توسط معادله زول قابل محاسبه است اما سطح دمایی که به وسیله یک جریان تحویل شده ایجاد می شود.

کمتر قابل پیش بینی است. یک جسم وقتی به دمای پایدار میرسد که سرعت از دست دادن انرژی در ان برابر با سرعت دریافت انرژی گرمایی باشد سرعت از دست دادن انرژی بستگی به عوامل متعددی ا زجمله اختلاف دمای جسم بادمای محیط اطراف دارد.

نکته ای که در محاسبات تبدیل انرژی غالبا فراموش می شود این است که مقاومت المنت گرم کننده ثابت باقی نمی ماند. جریان در یک المنت گرم کننده معمولا به عنوان جریان کاری تعریف می شود واین همان جریان عبوری از المنت گرم کننده است.

به عنوان مثال فرض کنیدکه یک بخاری برقی بایستی با ولتاژ 240V AC و جریان 2 A کار کند. از مطلب فوق  این نکته نتیجه می شود که مقاومت المنت بخاری برقی زمانی که گرم است بایستی 120  باشد .مقدار مقاومت در زما که المنت هنوز سرد است کمتراز این مقدار خواهد بود واختلاف بین این مقادیر بستگی به اختلاف دمای المنت و محیط اطراف وهمچنین جنس المنت دارد.اگ رالمنت موردنظر از جنس نیکرم باشد و در 400C  کار کند آنگاه مقدار مقاومت آن در دمای اتاق 25C حدود  خواهد بود زیرا ضریب حرارتی نیکرم کوچک است اگر المنت گرم کننده از جنس نیکل خالص ساخته شده بود آنگاه مقدار مقاومت آن در دمای اتاق حدود 47 می بود وملاحظه می شود که تغییر قابل ملاحظه ای در مقاومت المنت به وجود آمده است. مبنای این محاسبات را نشان میدهد مقدار تغییرات بخصوص در مورد لامپهای التهابی قابل توجه تر است زیرا تفاوت بین دمای نقطه کار ودمای المنت در حالت سرد دمای محیط اتاق در آنها بیشتر است. در مواردی که می خواهیم مقادیر مقاومت چنین لامپهایی را در محاسبات وتصمیم گیریها وارد کنیم همواره بایستی نکات فوقرا مدنظر قرار دهیم زیرا مقادیر مقاومت سرد در مقایسه با مقاومت گرم بسیار جزیی است هر جسم هادی می تواند به عنوان ترانسدیور انرژی الکتریکی به انرژی گرمایی به کار رود به طوری که استفاده از اجسام با مقدار منفی ضریب حرارتی نیازمند دقت ویژه اس.

عبور جریان از چنین اجسامی توسط یک منبع ثابت ولتاژ ابتدا باعث گرم شدن جسم شده وگرم شدن جسم به نوبه خود مقدار مقاومت آن را کاهش می دهد.

و بنابراین جریان افزایش می یابد.این فیدبک مثبت میتواند باعث فیوزی شدن ویا قطعی مدار شود مگر اینکه در قسمتی از مدار بتوان مقدار جریان را کنترل کردقابل توجه ترین مثال در مورد این اثر نیمه هادیها وترکیب عجیب شیشه است.

اثر پله تی یر که در سال 1822کشف شد شکل دیگری از عمل ترانسدیوسر الکتریکی به گرمایی است واین اثر بر عکس عمل ترموکوپل سی بک است. مجددا یک بار دیگر دو اتصال از فلزات غیرمشابه را تهیه کرده و در این حال یک جریان ا زمدار عبور می دهیم در نتیجه یک اتصال گرم شده و اتصال دیگر سرد میشود. تغییرات دما برای جریان داده شده در مورد اتصالات فلز به فلز ناچیز است اما می تواند برای اتصالات نیمه هادی به فلز به صورت قابل توجهی وجود داشته باشد که این روش مفیدی را برای کنترل دمادر فضاهای کوچک عرضه می کند.

همچنین نگاهی به مقاله های میکروفون ها یا مبدل های الکتروآکوستیکی , برق و نیروگاه ها ,ترانسفورماتور و پست های برق , بانکداری الکترونیکی و عوامل تاثیر گذار بیاندازید شاید مفید باشد

ترانسدیوسرهای حرارتی به الکتریکی

تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی حرارتی دارای بازده 100% است اما تبدیل حرارتی به هیچ نوع انرژی دارای راندمان بیشتر از %50 نمی باشد. دلیل این مطلب در قوانین ترمودینامیک خلاصه می شود و بر پایه این اصل قراردارد که مقدار گرمایی که در یک جسم وجود دارد مشخص نیست وهیچ گاه نمی توان تمامی این مقدار گرما را از جسم گرفت. هر تغییری از انرژی گرمایی به شکل دیگری از انرژی بایستی شامل مقداری ورودی انرژی گرمایی باشد که در دمای بالاتر توسط یک مبدل دریافت می شود و مقدار کمتری گرما که در دمای پایینتر به محیط تبدیل می دهد. بنابراین بازده نمی تواند بیشتر از حاصل تقسیم زیر باشد.

که در آن دما برحسب کلوین است و با توجه به این نکته که صفر کلوین منطبق بر نقطه دمای -0237.16C می باشد. از این معادله بر می آید که تنها در صورتی تبدیل به مقدار %100 انجام خواهد شد که مبدل گرمای خود را در OK دفع کند که عملا فرض نادرستی است. علاوه بر آن این معادله بیان می کند که هر قسمت دیگری از عملیات تبدیل با %100 کارایی انجام می شود.

فرآیند تبدیل از انرژی گرمایی به انرژی الکتریکی در مقیاس بزرگ به وسیله ورش تولیدبخار انجام می شود و جریان بخار باعث حرکت توربینهای متصل به ژنراتورها می شود. منبع انرژی گرمایی می تواند فعل وانفعالات هسته باشد. استفاده از روش توربین گازی مستقیم و ژنراتور هزینه بر است وتنها به منظور پشتیبانی نیروگاههای هسته ای وسوخت فسیلی ذغال سنگ از آن استفاده می شود.

یکی از فواید کارایی پایین کل عملیات می تواند قابل دسترس بودن مقادیر زیادی آب با دمای بین 40تا 60C است و در بعضی کشورها نیروگاههای تولید برق گرمای هدر رفته موجود در این آبها را تحت عنوان CHPترکیب توان وگرما به فروش می رسانند.

در کشورانگلیس همواره تاکید بر تولید برق سراسری و شبکه توزیع شده است ودر چنین شرایطی CHP به هیچوجه عملی نشده است. ایده ساخت یک نیروگاه کوچک هسته ای که الکتریسته وگرمای مورد نیاز یک شهر را بدهد ظاهرا تاکنون پیاده نشده است اما به عنوان یک گزینه اثر گذار بر جلوگیری از سوازندن نیمی از محتویات سیاره زمین می تواندن مورد توجه قرار گیرد.

در مقایسه با راندمان %40 درصدی که از یک نیروگاه خیلی بزرگ و باطراحی عالی ذغال سنگ به دست می آید راندمان تولید الکتریسته از همه دیگر انواع ترانسیدیوسرهای حرارتی پایین است. عملی ترین سیستمی که به این روش الکتریسته تولید می کرده استفاده از آرایه ترموکوپلها بوده که از هم بستن ترموکوپلها ایجاد می شده است. در این روش تولید الکتریسته به یک انتهای توموکوپل ولتاژ مورد نیاز تهیه می شود. در گذشته بعضی لوازم بدین صورت راه اندازی می شدند و نمونه آن گیرنده رادیویی گازی بود که اگر چه وسیله عامی نبوده ولی تا حدودی قابل استفاده بود مبدل میلنس MILNES یکی از موفق ترین این وسایل اولیه بود و در کارخانه ای واقع در TAY PORT ساخته می شد. اما راندمان نداشتند وحتی پیشرفته ترین محصول کاری دارای کارایی %10 نمی باشد. یکی از روشهایی که به منظور تبدیل انرژی خورشیدی تعقیب می شد استفاده از اصل انتشار گرمایی از یک کاتد گرم شده توسط نور کافی شده خورشید بود. در این روش تعداد زیادی از این واحدها به صورت سری به هم وصل می شدند تا ولتاژ مورد نظر به دست آید. اما این روش قابل اعتماد نیست زیرا به نورخورشید وابسته است. با توجه به اینکه نهایتا در استرالیا پیشنهاد جایگزینی واحدهای گرمایش خورشیدی با بویلرهای سوخت مایع شده است و با عنایت به اینکه اگر چنانچه گرمایش خورشیدی در استرالیا غیراقتصادی است. در کشورهای دیگری که کمتر آفتاب دارند به مراتب غیراقتصادی تر است.